Dual energy x-ray tomography allows the decomposition of CT data into density and composition information in terms of electron density and effective atomic number, respectively. The study proposed a simple iterative algorithm to accurately calculate the distribution of effective atomic number and electron density from a pair of CT images based on linear attenuation coefficients of investigated objects. The proposed method has outstanding features compared with other relevant studies. CT energies can be selected from 50keV to 300keV and materials can be chosen from the range of 6≤Z≤50. The extensive ranges of energy and atomic number do not decline the accuracy of the final results of electron densities and atomic numbers except in few cases.
이중 에너지 단층촬영방법은 촬영하는 물질의 전자밀도와 유효 원자번호를 바탕으로 해당하는 CT 데이터의 감쇠계수를 영상에 상대적인 값으로 표시한다. 이 방법은 광전자 흡수와 콤프턴 산란효과의 영향을 계산하여 그 분포를 토대로 조사된 물질의 유효 원자번호와 전자밀도를 결정한다. 두 가지 효과 모두 물질의 물리적인 특성이나 에너지에 의존하지 않는 특징을 가지고 있다.
두 영상들이 촬영된 물체의 다른 특성들을 나타내기 때문에 전자밀도와 유효 원자번호의 영상은 매우 유용하게 사용된다. 이중 에너지 현상은 x-ray 단층영상을 사용해서 뼈의 나이를 측정하는 것을 포함하여 많은 유용성을 가지고 있다. 또한 이중 에너지를 이용한 단층촬영방법은 단일에너지를 사용한 방법보다 산업적인 응용분야에서 더 효과적이고 다양하게 사용되고 있다. 전자밀도와 유효원자번호는 정량적인 해석을 할 수 있게 해준다. 또한 이러한 전자밀도 분포는 양성자나 중이온 방사선 치료를 계획하는 데 있어서 중요하다. 그러므로 이 방법은 실제적인 방사선 치료의 부정확성과 한계를 극복할 수 있는 가능성이 있을 것으로 예상된다. 이중 에너지 단층촬영방법의 장점은 스캔한 영상으로부터 향상된 정보를 얻을 수 있는 것에 있다.
본 연구는 다양한 물질의 특성을 분석하기 위해서 이중 에너지 단층촬영방법의 알고리즘을 사용하였다. 또 하나의 중요한 연구의 목적은 최종 결과의 정확성을 분석하지 않고도 50keV에서 300keV까지의 에너지 중에서 CT의 에너지를 선택할 수 있도록 하는 것이다. 본 연구는 두 가지 에너지로 두 개의 다른 CT 영상을 획득하여 비교 분석하였다. 선형 감쇠계수의 방정식을 통하여 스캔된 물체의 내부의 있는 물질의 감쇠계수를 계산하여 영상과 비교를 한다. 광전자효과와 산란 효과의 실제 분포가 정확히 계산되고 그로 인해 유효 감쇠계수와 전자밀도가 결정된다.
본 연구의 효과와 정확성을 분석하기 위해서 실험과 시뮬레이션이 병행이 되었다. 이 두 가지의 결과가 가벼운 물질뿐만 아니라 높은 원자번호를 지닌 물질에도 촬영된 에너지에 따라서 효과적으로 적용된다는 것을 확인할 수 있었다.
실험을 적용하는 부분에 있어서 메탈로 인한 영상의 오류와 높은 흡수계수로 인한 HU 값의 오류문제가 있다는 것을 발견하였다. 또한 실제 X-ray 스펙트럼을 정확하게 모사할 수 없다는 문제점도 존재한다. 하지만 이러한 문제점들이 해결된다면 제안된 본 연구의 방법은 단층촬영장치의 영상 재구성에 있어서 상당한 진보를 이룰 것으로 기대할 수 있다.
